Dans cet article nous commençons la présentation d’un système d’identification personnelle fondée sur la reconnaissance des empreintes digitales, en partant du clavier de contrôle à distance de toutes les fonctions. L’ensemble permettra d’acquérir et de comparer les empreintes des personnes touchant le senseur placé sur l’unité de base également décrite dans ce numéro.
Première partie : la télécommande à clavier
La biométrie, science relativement neuve, a ouvert de nouveaux horizons dans le domaine de la sécurité et de l’automatisation des procédures d’identification, permettant ainsi de réaliser de nombreuses applications jusqu’ici impensables.
D’ici peu, on sera en mesure de substituer aux divers systèmes de contrôle d’accès, des appareils basés sur un senseur biométrique, c’est-à-dire un dispositif capable de repérer une caractéristique précise d’une personne afin de l’identifier.
Pour preuve de ce que nous venons de dire, le projet en trois parties que nous commençons à décrire dans cet article.
Il s’agit d’une unité “intelligente” d’acquisition et de comparaison des empreintes digitales, composée de trois dispositifs distincts dont le coeur est l’unité centrale d’élaboration.
C’est une platine basée sur un microcontrôleur capable de lire les données relevées sur le senseur biométrique. Un clavier de commande à distance, via radio, mis à la disposition, par exemple, du responsable de la sécurité, du gardien, etc.
Un PC (optionnel) avec son logiciel de mémorisation des diverses opérations confiées à l’unité centrale.
C’est donc un système professionnel pouvant servir à ouvrir des portes électriques aux personnes autorisées.
Dans cette première partie nous décrivons l’unité de gestion à distance du système, c’est-à-dire le clavier grâce auquel un opérateur peut commander l’acquisition de l’empreinte de la personne touchant le senseur, vérifier qu’elle correspond bien à celle de la personne censée être là, ou introduire le code d’identification de la personne si, pour un quelconque motif (exemple : avarie du senseur), son empreinte n’est pas reconnue ou si elle est dans l’impossibilité de poser le doigt sur la fenêtre du senseur.
Dans ce cas, si le gardien connaît la personne, il peut la laisser passer en envoyant au système central (par la télécommande à clavier) son code d’identification ou alors le numéro sous lequel son empreinte a été mémorisée auparavant.
Avant d’entrer dans le vif du sujet, voyons sommairement ce qu’est la biométrie en nous référant, en particulier, aux empreintes digitales. On a fait des pas de géant dans le domaine de leur identification et le résultat de leur analyse est désormais pratiquement certain. En effet, la structure du bout du doigt (dessous de la première phalange, la pulpe) reste toujours la même au fil des années. Les empreintes ont toujours été la méthode la plus utilisée pour relever la présence ou le passage d’une personne et pour l’identifier avec certitude (on pense aux enquêtes de police !).
A ce propos, on relira avec intérêt, dans ELM 23, page 52 et suivantes, l’article intitulé “Petit tour d’horizon sur la biométrie en général et sur l’analyse des empreintes digitales en particulier” et dans ELM 24, page 60 et suivantes, l’article intitulé “Un système d’analyse laser pour empreintes digitales”.
Donc, en ce qui concerne les empreintes digitales, on trouve depuis quelques années dans le commerce des senseurs et des interfaces permettant d’acquérir des images par la technique du scanner à diode laser mais aussi par celle de la variation de capacité (identificateurs sur surface sensible à matrice capacitive).
Le dispositif que nous vous proposons de construire est un système complet de reconnaissance des empreintes digitales, utilisable pour ouvrir des accès contrôlés et donner ou mémoriser des signaux d’identification.
Ce système comporte une unité d’élaboration et un senseur d’empreinte (scanner à LED) que nous analysons dans la deuxième partie de la série d’articles de ce numéro d’ELM consacré à la biométrie, ainsi qu’une télécommande à clavier faisant l’objet du présent article.
Introduction à la biométrie
Figure 1 : Introduction à la biométrie.
La biométrie est la partie ô combien passionnante de la science s’occupant de mesurer et de comparer les paramètres caractéristiques d’un individu.
Quatre d’entre eux sont pris en considération : la voix, les empreintes digitales, l’iris (partie colorée de l’oeil) et les traits du visage.
A cause de la complexité des analyses et des appareils requis pour les effectuer, les deux derniers paramètres sont encore peu considérés. En revanche, l’identification de la voix et des empreintes digitales trouve désormais un large emploi. Divers constructeurs se sont spécialisés dans la reconnaissance de la voix et nous-mêmes nous en avons déjà proposé des applications.
Actuellement c’est surtout l’identification des empreintes digitales qui tient le haut du pavé, peut-être parce que c’est le paramètre le plus ancien, déjà utilisé avant que l’ordinateur et les senseurs n’existent. Vous savez tous (grâce aux polars et à la télé), que les empreintes digitales, laissées par le sébum recouvrant la pulpe des doigts sur les objets que nous touchons, sont très utiles aux enquêteurs de la police et ont valeur de preuve de la présence d’une personne en un lieu où s’est produit un crime ou un délit.
La récente disponibilité des senseurs capables de lire les empreintes digitales et des interfaces en mesure de les mémoriser et de les comparer, a rendu et rendra possibles des applications auxquelles on n’aurait pas osé songer jusqu’ici.
Il s’agit d’identifier les personnes, non seulement dans un contexte judiciaire mais encore et surtout pour remplacer les traditionnels systèmes d’accès (badges, transpondeurs, cartes à puce) dans les services où un contrôle de sécurité rigoureux est nécessaire : opérations bancaires et retrait d’argent, accès à des prestations de santé, à des habitations privées ou autres locaux sous surveillance.
Le principe de la télécommande à clavier
Cette télécommande à clavier (figure 5) permet de commander, sur l’unité de base, trois fonctions principales.
La première ajoute l’empreinte digitale de la personne qui touche la surface du senseur à la liste de celles déjà mémorisées.
La seconde supprime une empreinte de la liste, par exemple lorsqu’une personne ne doit plus accéder à un local protégé ou simplement quand, la personne n’étant plus présente (par exemple dans l’entreprise), il n’y a plus de raison de traiter ni de conserver ses caractéristiques biométriques.
La troisième est de permettre le passage d’une personne dont l’identité est connue, même quand le lecteur (senseur) est en panne ou bien lorsque cette personne est dans l’impossibilité matérielle de placer son doigt sur ledit lecteur.
Le système est tel que les actions sur l’unité centrale arrivent par radio de manière unidirectionnelle, de la télécommande à clavier (émetteur) vers l’unité centrale (récepteur).
Cette liaison radio à distance est en UHF sur la fréquence de 433,92 MHz, bien connue de nos plus fidèles lecteurs (et des usagers des modules AUREL… mais ce sont les mêmes, n’est-ce pas ?).
La portée est d’une dizaine de mètres maximum.
Par exemple, le clavier de contrôle à distance peut être placé dans le local du gardien alors que le senseur et l’unité d’élaboration se trouvent devant la porte d’entrée du local contrôlé ou à l’entrée de la société.
L’autonomie complète de la télécommande à clavier, qui peut fonctionner sur la batterie rechargeable dont elle est pourvue, permet aussi de la porter sur soi à proximité immédiate du passage à contrôler, chaque fois que l’on a à acquérir, comparer ou effacer une empreinte.
Figure 2 : Le clavier à membrane occupe toute la surface du couvercle du boîtier.
Figure 3 : Organigramme du microcontrôleur MF377 programmé en usine.
Le schéma électrique de la télécommande à clavier
Etudions maintenant la conception et le fonctionnement de ce périphérique en nous reportant au schéma électrique de la figure 4. Le circuit est relativement simple et la gestion complète du système est confiée au microcontrôleur U2. En dehors de celui-ci, on trouve le clavier à matrice et un émetteur radio. Le circuit intégré U3 est un élévateur de tension permettant d’obtenir le 12 V nécessaire pour une puissance d’émission convenable de U4 (le module HF).
U2, un microcontrôleur, référencé MF377, est vraiment le sous-ensemble le plus important. L’organigramme du programme qu’il porte est donné en figure 3. Il a été programmé en usine pour lire le clavier à matrice à membrane (touches sensitives étanches), déchiffrer les diverses touches de commande et transmettre vers la centrale le code contenant la commande que celle-là devra exécuter. En outre, le microcontrôleur produit des signaux acoustiques pour aider l’usager dans la “frappe” des codes et des commandes.
Après la mise sous tension et le RESET initial, le microcontrôleur initialise les I/O et paramètre les lignes RA3, RB4, RB5, RB6 et RB7 comme sorties alors que RA4 l’est comme entrée. RA0, RA1 et RA2, en revanche, sont des entrées à résistances de “pull-up” alors que RB0, RB1, RB2 et RB3 sont des sorties.
Pour la lecture du clavier on a programmé une “routine” permettant l’activation cyclique de toutes les lignes RB0, RB1, RB2 et RB3 par séquence et l’analyse des niveaux logiques sur RA0, RA1 et RA2. Si une touche est pressée, une de ces dernières portes reçoit le niveau logique 0. Par exemple si, au moment où RB1 (alignement 2*) est au niveau logique 0, le microcontrôleur lit le même niveau logique sur la broche 18 (colonne centrale*) cela signifie que la touche située au croisement de l’alignement 2 et de la colonne 2, c’est-à-dire la touche 5, a été pressée.
La broche 10 commande une diode LED DL1 alors que la broche 2 active le buzzer BZ1 à travers le transistor T1.
RB6 et RB7 s’occupent, quant à eux, de gérer le module émetteur HF U4 : RB6 contrôle la broche d’activation du module hybride.
En effet U4 est normalement en “stand-by” (en attente) et il ne consomme pratiquement aucun courant.
Lorsqu’il doit transmettre des données (passer en émission donc), on impose un niveau logique 1 à la broche 2 et l’oscillateur se met en marche : c’est alors seulement que l’on peut moduler l’entrée DATA IN (broche 4) et que le signal HF est émis par l’antenne.
L’alimentation de l’appareil est confiée à une batterie rechargeable tampon (permettant d’utiliser la télécommande à clavier partout de manière autonome) maintenue chargée par une alimentation externe connectée aux points “VAL” (voir schéma figure 4).
Le pont redresseur permet d’appliquer indifféremment une tension continue de 15 à 18 Vcc ou alternative de 12 à 15 Veff. Dans le premier cas, l’avantage est de pouvoir brancher l’alimentation sans souci de polarité. La tension aux bornes de la batterie (toujours présente, même si on débranche la télécommande à clavier pour l’utiliser sans fil) alimente directement le buzzer BZ1 alors que le régulateur U1 7805 donne le 5 V stabilisé servant à alimenter le microcontrôleur ainsi que le circuit hybride émetteur U4, sauf que ce dernier reçoit en réalité 12 V.
Comment cela se fait-il ? Eh bien c’est facile : la broche 1 de U4 reçoit une tension élevée de 5 à 12 V par le circuit intégré élévateur de tension U3 (MAX662A de MAXIM). Celui-ci emploie le procédé de charge de condensateurs et n’a besoin que de deux condensateurs externes C6 et C7. De plus il présente une particularité notable : quand il est alimenté, il peut rester en attente, sans produire aucun signal en sortie ; il ne commence à donner le 12 V que lorsque sa broche 8 (SHDN) passe au niveau logique 0.
Figure 4 : Schéma électrique de la télécommande à clavier.
Les fonctions du clavier
Figure 5 : Les fonctions du clavier.
La télécommande à clavier présentée dans cet article fait exécuter à l’unité centrale trois opérations :
- l’acquisition de l’empreinte du doigt appuyé sur le senseur,
- l’effacement d’une empreinte dans la mémoire du système et l’habilitation, c’est-à-dire laisser la voie libre à une personne dont on connaît l’identité,
- le numéro d’identification, quand il n’est pas possible de comparer son empreinte.
La structure des fonctions implique que chacune d’elles soit définie par une touche de fonction, associée à un nombre et validée avec ENTER.
En particulier :
L’acquisition est la phase par laquelle une empreinte relevée par le senseur de l’unité centrale est inscrite dans la mémoire du système.
Pour la mettre en fonction, il faut respecter la séquence, c’est-à-dire appuyer sur la touche F1 (ADD).
Il faut évidemment spécifier le nombre (à 4 chiffres) par lequel identifier l’empreinte.
Cette identification par un nombre sert à accomplir ensuite toute autre opération sur l’empreinte, par exemple son retrait (REMOVE) de la mémoire.
Elle permet aussi d’enregistrer le passage d’une personne reconnue par l’opérateur, lorsque pour une raison quelconque il n’est pas possible de relever son empreinte.
La syntaxe est la suivante :
SHIFT + F1 + ID + ENTER.
L’effacement est la fonction qui permet d’effacer l’empreinte indiquée par son numéro à 4 chiffres d’identification.
La fonction REMOVE est associée à la touche F2, alors que le numéro d’ID est celui de la position dans laquelle l’empreinte a été mémorisée.
La syntaxe est la suivante :
SHIFT + F2 + ID + ENTER.
Le passage est l’option permettant d’enregistrer le passage d’une personne ou bien de lui laisser la voie libre (PASS) même si le senseur (à cause d’une avarie ou autre) ne reconnaît pas son empreinte et si toutefois, bien sûr, le gardien qui la reconnaît a de bonnes raisons de la laisser passer : dans ce cas l’opérateur n’a qu’à frapper le numéro d’identification utilisé précédemment pour mémoriser l’empreinte de cette personne.
La syntaxe est la suivante :
SHIFT + F3 + ID + ENTER.
Les fonctions de contrôle
Examinons maintenant les fonctions accessibles au moyen du clavier.
Après une période d’inactivité (aucune touche pressée), ce sous-ensemble passe au repos : toutes les touches sont alors inactives sauf une, bien sûr.
Pour rendre à nouveau le clavier actif, il faut appuyer sur ENTER (entrée) pendant au moins 3 secondes. Le “réveil” du clavier se manifeste par deux brèves notes aiguës du buzzer.
L’unité est opérationnelle et elle peut à nouveau contrôler à distance la centrale pour effectuer les différentes fonctions.
Respectez bien l’ordre : SHIFT+FONCTION+ID+ENTER qui constitue la syntaxe correcte d’utilisation du clavier (voir figure 5).
Le montage et le réglage
Le montage du circuit est vraiment très simple et il est à la portée de tous.
Procurez-vous ou réalisez d’abord le circuit imprimé par photogravure en photocopiant le dessin à l’échelle 1 de la face cuivrée (figure 8) sur transparent, pour la méthode classique, ou sur PnP-blue (relire ELM 26, page 59 et suivante, l’article intitulé “Comment fabriquer vos circuits imprimés facilement ?”) si vous utilisez cette nouvelle méthode (voir les publicités des annonceurs).
En vous aidant du schéma d’implantation des composants de la figure 6 et de la photo du montage de la figure 7, commencez le montage par l’insertion des composants au profil le plus bas : la diode D1 (en respectant la polarité : bague vers la gauche, soit C1 et C2), les résistances, les deux supports à 18 et 8 broches.
Ensuite insérez et soudez le pont redresseur PT1 (en respectant la polarité : “+” vers BZ1, “–” vers le repère détrompeur de U2), le buzzer BZ1 (le “+” vers le connecteur plug VAL), le quartz Q1 et les condensateurs (en respectant la polarité des électrolytiques C1, C2 et C8).
Le régulateur de tension U1 est monté à plat et fixé au circuit imprimé à l’aide d’un petit boulon M3.
Le module hybride HF AUREL U4 ne peut être inséré dans les trous du circuit imprimé que d’une seule manière (la bonne !) : côté composants tourné vers l’extérieur de la platine (figure 7).
Quand vous souderez les pattes de ce dernier, évitez un échauffement excessif.
La connexion avec le clavier à membrane est dévolue à un connecteur mâle de type “pin-strip” dont les 7 pôles seront soudés près des 3 résistances R7, R8 et R9 (figures 6 et 7).
La prise femelle placée près du pont PT1 accueille la fiche de l’alimentation extérieure.
Pour la batterie, type 6F22 rechargeable, 9 V, soudez les deux fils de la prise de pile aux trous “+” et “–” BAT (rouge au “+” et noir au “–” évidemment !). Voir figures 9 et 6.
Vous pouvez enfin insérer les deux circuits intégrés U2 et U3 dans leurs supports avec leurs repères détrompeurs orientés respectivement vers PT1 et R6, soit pour les deux vers l’intérieur de la platine.
Connectez une batterie rechargeable de 9 V 6F22 sur son clip et une alimentation secteur monobloc (voir photo de première page) sur la prise “VAL”.
Vérifiez que la LED émet bien de brefs éclairs : cela signifie que le microcontrôleur “tourne” correctement.
Maintenez appuyée 3 secondes la touche ENTER (le buzzer fera entendre une brève note).
Frappez une séquence de commande (figure 5) et contrôlez, à l’aide d’un multimètre, que l’élévateur de tension U3 fournit bien le 12 V sur la broche 6.
Figure 6 : Schéma d’implantation des composants de la télécommande à clavier.
Figure 7 : Photo d’un de nos prototypes de télécommande à clavier, platine seule non encore connectée au clavier à membrane.
Figure 8 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé côté cuivre.
Liste des composants
R1 = 150 Ω
R2 = 10 kΩ
R3 = 4,7 kΩ
R4 = 470 Ω
R5 = 1 kΩ
R6 = 4,7 kΩ
R7 = 10 kΩ
R8 = 10 kΩ
R9 = 10 kΩ
C1 = 220 μF 25 V électrolytique
C2 = 100 μF 25 V électrolytique
C3 = 100 nF multicouche
C4 = 22 pF céramique
C5 = 22 pF céramique
C6 = 220 nF polyester pas 5 mm
C7 = 220 nF polyester pas 5 mm
C8 = 4,7 μF 16 V électrolytique
U1 = Régulateur 7805
U2 = μContrôleur MF377
U3 = Intégré MAX662
U4 = Module Aurel TXDFM
Q1 = Quartz 4 MHz
T1 = Transistor NPN BC547B
LD1 = LED rouge 5 mm
BZ1 = Buzzer pour ci sans électronique
PT1 = Pont redresseur 1 A
D1 = Diode 1N4002
S1 = Micro-interrupteur pour ci
Divers :
1 Support 2 x 4 broches
1 Support 2 x 9 broches
7 Supports en bande sécable
1 Prise alim. pour ci
1 Boulon 3 MA pour régulateur
1 Boîtier TEKO 880 BSW
1 Prise pile 9 V
1 Clavier à membrane à matrice 12 touches
Figure 9 : Disposition de la platine principale de la télécommande à clavier dans le boîtier plastique TEKO 880 doté d’un emplacement pour la batterie rechargeable 9 V 6F22. La platine est à fixer au fond du boîtier à l’aide de 4 vis auto-taraudeuses.
Figure 10 : La liaison entre le clavier à membrane et la platine principale est dévolue à une nappe de fils. Le boîtier TEKO est déjà pourvu d’une fente pour le passage de la nappe. Il suffit d’ôter la pellicule plastique au dos du clavier et d’appliquer la membrane sur le couvercle du boîtier après avoir enfilé la nappe dans la fente. Soudez les fils rouge “+” et noir “–” de la prise de pile dans les trous “+” et “–” BAT de la platine et clipsez la prise sur la batterie rechargeable. Connectez la nappe à la platine à l’aide du connecteur femelle déjà serti et du connecteur mâle que vous avez soudé sur le circuit imprimé.
Figure 3 : Prestations du système de contrôle d’accès biométrique
C’est un système autonome d’analyse biométrique destiné aux applications de contrôle d’accès.
Il est constitué de deux unités distinctes : un clavier radio permettant une commande à distance et l’unité de base autonome mémorisant et comparant les empreintes.
Un ordinateur avec un programme spécialisé peut lui être adjoint pour obtenir des fonctions supplémentaires.
La télécommande à clavier (figure 1)
Elle permet d’envoyer trois commandes distinctes (mémorisation de l’empreinte, retrait de l’empreinte, comparaison virtuelle de l’empreinte associées au numéro d’ID identification).
Alimentation : 12 Vcc
Batterie rechargeable en tampon : 9 V type 6F22
L’unité de base (figure 8)
Capacité de 640 empreintes,
Temps de vérification < 1 seconde,
Section radio-réceptrice à quartz à 433,92 MHz,
Interface usager par deux LED Entrée pour “TAMPER” externe Entrée pour configuration du senseur Reconnaissance de la présence du doigt au moyen du détecteur de proximité,
Sortie relais pour reconnaissance vérifiée (TRUE)
Sortie relais pour reconnaissance non vérifiée (FALSE)
Ligne sérielle RS232
Alimentation : 12 Vcc
Courant maximum : 500 mA.
Le schéma électrique de la centrale de contrôle
Avant d’entrer dans le vif du schéma électrique, voyons quelques particularités de la platine. La détection de la présence du doigt est confiée à un circuit intégré spécifique permettant de transformer un morceau de métal en un senseur de proximité : par exemple une plaque de métal sur le sol ou près du scanner ou le boîtier métallique de ce dernier, etc. Les sorties disponibles sont constituées par deux relais. En cas de reconnaissance correcte, le relais “TRUE” s’active pour 1 à 10 secondes en fonction du réglage du trimmer R19 (schéma, figure 4, au centre). Si la reconnaissance n’a pas lieu, c’est le relais “FALSE” qui s’active pour 3 secondes. Le contact “TAMPER” permet, s’il est ouvert, de bloquer tout le système.
Le circuit est fondé sur le microcontrôleur référencé MF376, programmé en usine, en interface avec le récepteur radio FM pour données numériques (U6, module hybride AUREL monté verticalement sur la platine principale, voir figure 8), deux relais pour la commande des utilisateurs, un buzzer, un double convertisseur TTL/RS232-C bidirectionnel et un détecteur de proximité.
Nous l’avons dit, les identifications des empreintes sont des ID à quatre chiffres.
Les données sont lues, inscrites et effacées dans la mémoire Flash du module FINGERPRINT où elles résident… et non pas dans le microcontrôleur.
Chaque opération menée à bien se conclut par l’activation du relais 1 et la production par le microcontrôleur d’un flux de données sérielles sur la ligne (RB3) correspondant à sa broche 24. Le flux de données contient des informations sur le numéro d’ID de l’empreinte reconnue ou bien sur l’ID introduite en cas de procédure de passage sans reconnaissance d’empreinte (voir première partie). Pour être tout à fait exact, le format est le suivant : un premier byte de démarrage (HEADER) plus un second byte avec le numéro de l’unité dont il provient, 4 bytes contenant les chiffres de l’ID de l’empreinte et un septième byte contenant la “checksum” trouvée dans les six premiers.
A propos du second byte, ouvrons une parenthèse : la possibilité nous est offerte de discriminer jusqu’à quatre unités d’identification afin de pouvoir, avec un seul ordinateur, gérer plusieurs points d’accès. Dans le cas où l’on voudrait installer plusieurs unités de base, il va sans dire que les messages des diverses provenances doivent demeurer distincts et c’est pourquoi le flux émis par chaque centrale vers l’ordinateur contient son propre numéro d’unité (sa “signature”).
Ce numéro signant la centrale, c’est-à-dire l’accès, est codifié à l’aide des micro-interrupteurs DS1 (CODE) : on peut choisir quatre combinaisons maximum, donnant quatre codes adressables avec les autres informations.
Revenons au circuit (figure 4).
Nous voyons que l’interface sérielle RS232-C est double : tout tient dans un circuit intégré MAX232 gérant deux drivers et deux récepteurs (la section de conversion TTL/RS232-C est alimentée par les convertisseurs continu/continu internes avec l’aide des condensateurs C9, C11, C12 et C13) utilisés d’une part pour faire dialoguer le microcontrôleur et l’ordinateur et, d’autre part, pour gérer le senseur d’empreinte.
Il est intéressant de noter que la section TX/RX destinée à l’ordinateur n’est utilisée en mode bidirectionnel que dans la modalité “CONFIG”, alors qu’en usage normal seul l’envoi de flux d’informations vers l’ordinateur est prévu.
Figure 4 : Schéma électrique de la centrale de contrôle d’accès biométrique.
Le lecteur optique (Optical Reader)
Figure 5 : Le lecteur optique (Optical Reader).
Scanner optique Polaroïd pour l’acquisition des empreintes digitales.
Résolution : 450 dpi
Aire de balayage : 13 x 16 mm
Dimensions : 21 x 31 x 59 mm
Poids : 28 g
Température de fonctionnement : –40 à +60 °C
Source lumineuse : rouge
Alimentation : 5 Vcc ± 10 %
Courant maximum : 110 mA
La carte de traitement (Processing Board)
Figure 6 : La carte de traitement (Processing Board).
Unité d’élaboration des empreintes digitales. L’algorithme de comparaison est associé à une CPU RISC à 32 bits (INTEL StrongARM) alors que la mémorisation des empreintes est confiée à deux mémoires Flash V2540.
Temps de vérification : < 1 seconde
Capacité : 640 empreintes
Dimensions : 43 x 93 x 1,6 mm
Température de fonctionnement : –40 à +60 °C
Alimentation : 5 V ± 10 %
Courant maximum : 330 mA
Test de vibrations : 3,2 G RMS.
Le senseur ou lecteur d’empreinte
Avant d’étudier le reste de la centrale, arrêtons-nous quelques instants sur le senseur utilisé pour lire les empreintes digitales.
C’est un produit de haute fiabilité utilisant la technique optique et disposant d’un petit scanner à LED capable d’analyser et de faire échantillonner par le reste du matériel, des images extrêmement précises.
L’algorithme compense les diverses imprécisions dues au fait qu’une personne ne place pas toujours son doigt de manière absolument identique à celle de la mémorisation initiale. On considère en outre que les dimensions réduites de la fenêtre du scanner ne permettent pas de contenir la totalité de l’empreinte mais seulement une partie. Donc, quand on doit comparer l’image acquise actuellement avec celle déjà mémorisée, le programme de gestion utilise la correspondance d’un certain nombre de points. Le système optique Polaroïd permet aussi d’ignorer les effets d’une faible quantité de salissure due au sébum de la pulpe du doigt sur la vitre du scanneur. Les divers encadrés de cet article donnent les principales caractéristiques du lecteur optique ainsi que du module FINGERPRINT.
Figure 7 : Schéma d’implantation des composants de la centrale d’accès biométrique.
Figure 8 : Photo de l’un des prototypes de la platine de l’unité de base complète.
Il est important de monter en premier les composants (module exclu) de la platine de base, de l’alimenter et de vérifier avec un multimètre les tensions d’alimentation.
Ensuite, insérez les circuits intégrés dans leurs supports en respectant l’orientation de leurs repère-détrompeurs et connectez une prise mâle aux points “+” et “– Vaux” en contrôlant avec le multimètre que le +5 V est au centre de la prise et la masse sur le côté. Enfin, montez le module et alimentez-le.
Figure 9 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de la centrale de contrôle d’accès biométrique.
Liste des composants
R1 = 10 kΩ
R2 = 4,7 kΩ
R3 = 470 Ω
R4 à R6 = 10 kΩ
R7 = 1 MΩ
R8 = 10 kΩ
R9-R10 = 470 Ω
R11-R12 = 4,7 kΩ
R13 = 47 kΩ
R14 = 10 kΩ
R15 = 4,7 kΩ
R16 = 47 kΩ
R17 = 10 kΩ
R18 = 10 kΩ trimmer multitour
R19 = 4,7 kΩ trimmer
R20-R21 = 10 kΩ
C1 = 470 μF 35 électrolytique
C2 = 220 μF 25 V électrolytique
C3 = 100 nF multicouche
C4 = 220 μF 25 V électrolytique
C5 = 100 nF multicouche
C6 = 10 nF polyester
C7-C8 = 22 pF céramique
C9 = 10 μF 63 V électrolytique
C10 = 100 nF multicouche
C11 à C13 = 10 μF 63 V électrolytique
C14 = 100 nF polyester
C15-C16 = 100 μF 25 V électrolytique
C17-C18 = 100 nF multicouche
U1-U2 = Régulateur 7805
U3 = Intégré QT110
U4 = μContrôleur MF376
U5 = Intégré MAX232
U6 = Module AUREL RXDFM
D1 = Diode 1N5408
D2-D3 = Diode 1N4007
T1à T3 = NPN BC547
LD1 = LED verte
LD2 = LED jaune
LD3-LD4 = LED rouges
Q1 = Quartz 20 MHz
BZ1 = Buzzer sans électronique
RL1-RL2 = relais min. 12 V 1 RT pour ci
DS1 = Dip-switch 2 micro-inter.
Divers :
1 Module FINGERPRINT
1 Support 2 x 4 broches
1 Support 2 x 8 broches
1 Support 2 x 14 broches
6 Borniers 2 pôles
3 Borniers 23 pôles
1 Connecteur DB9 femelle
1 Radiateur ML26
1 Radiateur ML33
2 Isolants silicone TO220
2 Boulons 3MA x 15
4 Entretoises nylon hexag. 8 mm
4 Ecrous nylon
4 Entretoises adhésives nylon 10 mm
2 Broches en bande sécable
1 Coupe 17 cm fil cuivre émaillé 12/10
Figure 10 : Récapitulation du fonctionnement
Première mise en marche
Le buzzer émet un bip pendant 2 secondes et en même temps les LED rouge, verte et jaune s’allument alors qu’un balayage a lieu (le scanner lit l’empreinte). Si l’entrée “TAMPER” est ouverte, le système est bloqué et la LED rouge est allumée. Si l’entrée “TAMPER” est fermée, le système est opérationnel et les LED rouge et verte sont éteintes.
Fonctionnement normal
Si l’on approche le doigt du détecteur de proximité, un balayage a lieu. Si l’empreinte coïncide avec une empreinte disponible en mémoire, le système émet un bip, la LED verte s’allume, le relais “TRUE” est activé pendant 1 ÷ 10 secondes (selon le réglage du trimmer R19) et un flux de données sérielles contenant l’ID de l’empreinte est émis. Si l’empreinte n’est pas disponible en mémoire, le système n’émet aucun signal acoustique, la LED rouge s’allume, le relais “FALSE” est activé pour 3 secondes et un flux de données sérielles avec un ID à 9999 est émis.
Mémorisation d’une empreinte
Activez la télécommande à clavier en appuyant sur la touche “ENTER” pendant 3 secondes : un bip long est émis. Appuyez sur “SHIFT” puis sur “F1” puis sur l’ID que l’on veut attribuer à l’empreinte (de 0001 à 0640) puis sur “ENTER”. L’unité de base allume la LED verte.
Un bip est émis et le premier balayage commence : placez le doigt dans la fenêtre jusqu’à ce qu’un bip se fasse entendre puis retirez le doigt. Après 3 secondes environ un bip est émis et le balayage commence : placez le doigt jusqu’à ce qu’un bip se fasse entendre puis retirez le doigt.
La section radio
Figure 11 : La section radio.
La partie HF de l’unité de base tient toute dans un récepteur hybride AUREL conçu pour recevoir des porteuses à 433,92 MHz modulées en fréquence (FM) par des signaux numériques. Ce composant est très fiable et permet de recevoir des impulsions démodulées nettes et propres, pratiquement sans parasites. Ce module AUREL RXDFM3V3, fonctionnant sous 3,3 V, reçoit des signaux carrés à la fréquence de 10 kHz avec une vitesse de 19 200 bits/seconde. Il est très sensible (–100 dBm) et sélectif car c’est un super-hétérodyne : c’est pourquoi son taux d’émissions harmoniques est également très faible ; cela lui a valu une homologation sous la norme CE ETS 300 220. L’entrée HF est sur la broche 1 alors que les données sont prélevées sur la broche 18 (sortie du démodulateur FM/signaux carrés). Il dispose d’un squelch efficace permettant de bloquer la démodulation si le niveau du signal reçu ne dépasse pas un certain seuil (réglable par le trimmer R18 relié à la broche 8 et à la masse : voir schéma figure 4).
Le module FINGERPRINT
Figure 12 : Le module FINGERPRINT.
Ce module est relié à la platine principale de l’unité de base à l’aide de trois fils :
JP2/14 à la borne TX
JP2/13 à la borne RX
JP2/10 à la borne GND.
Figure 13 : Le détecteur de proximité
Pour détecter la présence d’un doigt sur la vitre du scanner, nous avons muni le circuit d’un détecteur de proximité novateur basé sur le circuit intégré QUANTUM QT110. Ce circuit intégré contient une interface à transfert de charge électrique et un discriminateur capable de vérifier que la même charge est prélevée. L’étage d’entrée fonctionne en mode bidirectionnel et, initialement, il applique un potentiel à l’électrode connectée à la broche 7. Une fois apprêtée la partie réceptrice, il attend que la charge électrique déposée sur l’électrode soit prélevée. Bien sûr, cela ne se produira que si une personne relie, directement ou par un diélectrique, la broche 7 à la terre. L’intérêt du QT110 est qu’il se recalibre automatiquement en fonction de ce qui est connecté comme électrode à la borne “PROX PLATE”, plaque, fil, anneau, etc. Pour plus de détails sur le fonctionnement du détecteur de proximité, relire ELM 28, page 54 et suivantes.
La réalisation pratique
Arrivés à ce point, nous pouvons évoquer quelques détails de construction utiles pour réaliser correctement l’unité centrale. Il faudra, comme à l’habitude, vous procurer ou réaliser le circuit imprimé de la figure 9. Les méthodes habituelles de montage valent ici encore, à savoir : monter les composants par ordre de hauteur croissante, respecter orientation et polarité des semi-conducteurs et des condensateurs électrolytiques, etc. Pour cela, vous utiliserez avec profit les figures 7 et 8. Quant au module hybride HF, on ne peut enfiler ses pattes dans les trous du circuit imprimé principal que dans la bonne position. Même remarque pour les relais. Pour permettre les connexions d’alimentation, des sorties des relais et du senseur, il faut monter des borniers au pas de 5 mm, pour circuit imprimé.
Pour le câblage de l’interface sérielle avec l’ordinateur optionnel, nous vous conseillons de choisir un connecteur DB9 mâle afin de pouvoir ensuite utiliser un câble prolongateur série comme ceux permettant la liaison avec un modem série.
Un soin tout particulier doit être apporté à l’assemblage du senseur et du détecteur de proximité (PROX PLATE). L’électrode de ce dernier doit être placée dans l’immédiat voisinage du senseur car son rôle est de détecter la présence de la personne s’apprêtant à placer son doigt sur la vitre du scanner.
Donc, l’électrode peut être constituée par un simple conducteur, par exemple une plaque de cuivre ou de fer que l’on repliera en anneau en lui donnant le format de la fenêtre du senseur dans laquelle on le fixera. Pour éviter le contact direct, on peut le recouvrir d’une fine pellicule plastique qui ne devra pas cependant recouvrir la vitre du scanner. Il existe bien une autre solution consistant à fixer sur le sol, devant le senseur, une plaque métallique mais, ne serait-ce que pour des raisons de connexion électrique déportée, elle est plus complexe, sans présenter pour autant un avantage décisif.
Dans tous les cas, l’électrode doit être isolée de la terre par du bois, du plastique, du caoutchouc, etc., sinon le fonctionnement sera perturbé et la sensibilité réduite. N’oubliez pas de connecter cette électrode au point PROX PLATE du circuit imprimé à l’aide d’un morceau de fil de cuivre gainé.
Si vous voulez en savoir plus sur la détection de proximité, nous vous conseillons de relire l’article “Un interrupteur commandé par détecteur de proximité” dans ELM 28, page 54 et suivantes.
Figure 14.
Notre système de contrôle d’accès biométrique est conçu pour fonctionner de manière autonome, sans être relié à un ordinateur. Ce dernier devient pourtant nécessaire dans deux cas : lorsqu’on désire avoir un registre informatique (login) des accès et lorsqu’on veut modifier les paramètres d’acquisition du lecteur biométrique. A propos de cette dernière caractéristique, il faut préciser que la configuration initiale est déjà réglée en usine pour obtenir le maximum de prestations et pour satisfaire à toutes les applications.
Dans tous les cas, cette configuration peut être modifiée en installant et lançant sur un PC, doté d’une quelconque version de WINDOWS, le logiciel “FDA01 Config”.
Il faut relier le PC à notre unité centrale de contrôle d’accès et relier à la masse son entrée “Config” (borne CNF) : la LED jaune doit s’allumer. Le logiciel est livré avec le senseur.
La photo montre l’écran d’accueil de FINGERPRINT CONFIGURATION où il est possible de personnaliser les paramètres de balayage, contraste, luminosité, etc. En particulier, “GAIN” permet de régler la définition, le contraste de l’image, “BRIGHTNESS” la luminosité, “SECURITY LEVEL” l’exigence ou la tolérance de la vérification.
Figure 15 : A la fin d’une opération de vérification, l’unité de base envoie un flux de données sérielles contenant l’ID de l’empreinte et le numéro de l’unité (attribué grâce aux micro-interrupteurs DS1). Le flux est composé de 7 bytes, respectivement : HEADER (coïncide avec le numéro 170), numéro d’unité (1 à 4), ID1, ID2, ID3, ID4, CHECKSUM. Le programme en Basic, reporté dans cette figure, permet de visualiser sur l’écran du PC ces paramètres.
REM File MF376.BAS Date: 26 mars 2001
REM Demo Version for Biometric Reader
REM (C) 2001 ELM
OPEN “COM1: 9600,N,8,1,ASC,CS0,DS0” FOR RANDOM AS #1
REM Formatage données -> Header, numéro unité, ID1, ID2, ID3, ID4, CHKCSK <-
LABEL1:
C$ = INPUT$(1, #1)
IF ASC(C$) <> 170 THEN
GOTO LABEL1
END IF
CLS
LOCATE 6, 15: PRINT “Waiting for fingerprint…”
R$ = INPUT$(1, #1)
LOCATE 8, 15: PRINT “Access to remote n.”; ASC(R$)
LOCATE 9, 15: PRINT “Date: “; DATE$
LOCATE 10, 15: PRINT “Time: “; TIME$
A$ = INPUT$(1, #1)
B$ = INPUT$(1, #1)
C$ = INPUT$(1, #1)
D$ = INPUT$(1, #1)
LOCATE 11, 15: PRINT “Person ID n.”; ASC(A$); ASC(B$); ASC(C$); ASC(D$)
C$ = INPUT$(1, #1)
LOCATE 12, 15: PRINT “CHKSUM = “; ASC(C$)
GOTO LABEL1
CLOSE #1
END
La liaison à l’ordinateur
Une fois le câblage terminé et l’unité centrale alimentée (par une alimentation secteur 12 Vcc, 600 mA – 330 mA pour la platine et 110 mA pour le scanner à LED), on peut effectuer le débogage initial de la platine à l’aide d’un PC. Pour cela, il suffit de relier l’unité centrale à l’ordinateur, de connecter l’entrée “CONFIG” à la masse et de lancer le programme sur l’ordinateur.
Tout d’abord, choisissez le port sériel utilisé et paramétrez la vitesse de commutation à 9 600 bauds.
Après avoir confirmé, on accède à l’écran principal présentant les commandes d’utilisation normale et le menu de configuration décrit figure 15.
Le logiciel est toutefois très intuitif à utiliser et il comprend un HELP (aide) expliquant clairement les diverses commandes.
D’ici peu, on sera en mesure de substituer aux divers systèmes de contrôle d’accès, des appareils basés sur un senseur biométrique, c’est-à-dire un dispositif capable de repérer une caractéristique précise d’une personne afin de l’identifier.
Pour preuve de ce que nous venons de dire, le projet en trois parties que nous commençons à décrire dans cet article.
Il s’agit d’une unité “intelligente” d’acquisition et de comparaison des empreintes digitales, composée de trois dispositifs distincts dont le coeur est l’unité centrale d’élaboration.
C’est une platine basée sur un microcontrôleur capable de lire les données relevées sur le senseur biométrique. Un clavier de commande à distance, via radio, mis à la disposition, par exemple, du responsable de la sécurité, du gardien, etc.
Un PC (optionnel) avec son logiciel de mémorisation des diverses opérations confiées à l’unité centrale.
C’est donc un système professionnel pouvant servir à ouvrir des portes électriques aux personnes autorisées.
Dans cette première partie nous décrivons l’unité de gestion à distance du système, c’est-à-dire le clavier grâce auquel un opérateur peut commander l’acquisition de l’empreinte de la personne touchant le senseur, vérifier qu’elle correspond bien à celle de la personne censée être là, ou introduire le code d’identification de la personne si, pour un quelconque motif (exemple : avarie du senseur), son empreinte n’est pas reconnue ou si elle est dans l’impossibilité de poser le doigt sur la fenêtre du senseur.
Dans ce cas, si le gardien connaît la personne, il peut la laisser passer en envoyant au système central (par la télécommande à clavier) son code d’identification ou alors le numéro sous lequel son empreinte a été mémorisée auparavant.
Avant d’entrer dans le vif du sujet, voyons sommairement ce qu’est la biométrie en nous référant, en particulier, aux empreintes digitales. On a fait des pas de géant dans le domaine de leur identification et le résultat de leur analyse est désormais pratiquement certain. En effet, la structure du bout du doigt (dessous de la première phalange, la pulpe) reste toujours la même au fil des années. Les empreintes ont toujours été la méthode la plus utilisée pour relever la présence ou le passage d’une personne et pour l’identifier avec certitude (on pense aux enquêtes de police !).
A ce propos, on relira avec intérêt, dans ELM 23, page 52 et suivantes, l’article intitulé “Petit tour d’horizon sur la biométrie en général et sur l’analyse des empreintes digitales en particulier” et dans ELM 24, page 60 et suivantes, l’article intitulé “Un système d’analyse laser pour empreintes digitales”.
Donc, en ce qui concerne les empreintes digitales, on trouve depuis quelques années dans le commerce des senseurs et des interfaces permettant d’acquérir des images par la technique du scanner à diode laser mais aussi par celle de la variation de capacité (identificateurs sur surface sensible à matrice capacitive).
Le dispositif que nous vous proposons de construire est un système complet de reconnaissance des empreintes digitales, utilisable pour ouvrir des accès contrôlés et donner ou mémoriser des signaux d’identification.
Ce système comporte une unité d’élaboration et un senseur d’empreinte (scanner à LED) que nous analysons dans la deuxième partie de la série d’articles de ce numéro d’ELM consacré à la biométrie, ainsi qu’une télécommande à clavier faisant l’objet du présent article.
Introduction à la biométrie
Figure 1 : Introduction à la biométrie.La biométrie est la partie ô combien passionnante de la science s’occupant de mesurer et de comparer les paramètres caractéristiques d’un individu.
Quatre d’entre eux sont pris en considération : la voix, les empreintes digitales, l’iris (partie colorée de l’oeil) et les traits du visage.
A cause de la complexité des analyses et des appareils requis pour les effectuer, les deux derniers paramètres sont encore peu considérés. En revanche, l’identification de la voix et des empreintes digitales trouve désormais un large emploi. Divers constructeurs se sont spécialisés dans la reconnaissance de la voix et nous-mêmes nous en avons déjà proposé des applications.
Actuellement c’est surtout l’identification des empreintes digitales qui tient le haut du pavé, peut-être parce que c’est le paramètre le plus ancien, déjà utilisé avant que l’ordinateur et les senseurs n’existent. Vous savez tous (grâce aux polars et à la télé), que les empreintes digitales, laissées par le sébum recouvrant la pulpe des doigts sur les objets que nous touchons, sont très utiles aux enquêteurs de la police et ont valeur de preuve de la présence d’une personne en un lieu où s’est produit un crime ou un délit.
La récente disponibilité des senseurs capables de lire les empreintes digitales et des interfaces en mesure de les mémoriser et de les comparer, a rendu et rendra possibles des applications auxquelles on n’aurait pas osé songer jusqu’ici.
Il s’agit d’identifier les personnes, non seulement dans un contexte judiciaire mais encore et surtout pour remplacer les traditionnels systèmes d’accès (badges, transpondeurs, cartes à puce) dans les services où un contrôle de sécurité rigoureux est nécessaire : opérations bancaires et retrait d’argent, accès à des prestations de santé, à des habitations privées ou autres locaux sous surveillance.
Le principe de la télécommande à clavier
Cette télécommande à clavier (figure 5) permet de commander, sur l’unité de base, trois fonctions principales.
La première ajoute l’empreinte digitale de la personne qui touche la surface du senseur à la liste de celles déjà mémorisées.
La seconde supprime une empreinte de la liste, par exemple lorsqu’une personne ne doit plus accéder à un local protégé ou simplement quand, la personne n’étant plus présente (par exemple dans l’entreprise), il n’y a plus de raison de traiter ni de conserver ses caractéristiques biométriques.
La troisième est de permettre le passage d’une personne dont l’identité est connue, même quand le lecteur (senseur) est en panne ou bien lorsque cette personne est dans l’impossibilité matérielle de placer son doigt sur ledit lecteur.
Le système est tel que les actions sur l’unité centrale arrivent par radio de manière unidirectionnelle, de la télécommande à clavier (émetteur) vers l’unité centrale (récepteur).
Cette liaison radio à distance est en UHF sur la fréquence de 433,92 MHz, bien connue de nos plus fidèles lecteurs (et des usagers des modules AUREL… mais ce sont les mêmes, n’est-ce pas ?).
La portée est d’une dizaine de mètres maximum.
Par exemple, le clavier de contrôle à distance peut être placé dans le local du gardien alors que le senseur et l’unité d’élaboration se trouvent devant la porte d’entrée du local contrôlé ou à l’entrée de la société.
L’autonomie complète de la télécommande à clavier, qui peut fonctionner sur la batterie rechargeable dont elle est pourvue, permet aussi de la porter sur soi à proximité immédiate du passage à contrôler, chaque fois que l’on a à acquérir, comparer ou effacer une empreinte.
Figure 2 : Le clavier à membrane occupe toute la surface du couvercle du boîtier.
Figure 3 : Organigramme du microcontrôleur MF377 programmé en usine.Le schéma électrique de la télécommande à clavier
Etudions maintenant la conception et le fonctionnement de ce périphérique en nous reportant au schéma électrique de la figure 4. Le circuit est relativement simple et la gestion complète du système est confiée au microcontrôleur U2. En dehors de celui-ci, on trouve le clavier à matrice et un émetteur radio. Le circuit intégré U3 est un élévateur de tension permettant d’obtenir le 12 V nécessaire pour une puissance d’émission convenable de U4 (le module HF).
U2, un microcontrôleur, référencé MF377, est vraiment le sous-ensemble le plus important. L’organigramme du programme qu’il porte est donné en figure 3. Il a été programmé en usine pour lire le clavier à matrice à membrane (touches sensitives étanches), déchiffrer les diverses touches de commande et transmettre vers la centrale le code contenant la commande que celle-là devra exécuter. En outre, le microcontrôleur produit des signaux acoustiques pour aider l’usager dans la “frappe” des codes et des commandes.
Après la mise sous tension et le RESET initial, le microcontrôleur initialise les I/O et paramètre les lignes RA3, RB4, RB5, RB6 et RB7 comme sorties alors que RA4 l’est comme entrée. RA0, RA1 et RA2, en revanche, sont des entrées à résistances de “pull-up” alors que RB0, RB1, RB2 et RB3 sont des sorties.
Pour la lecture du clavier on a programmé une “routine” permettant l’activation cyclique de toutes les lignes RB0, RB1, RB2 et RB3 par séquence et l’analyse des niveaux logiques sur RA0, RA1 et RA2. Si une touche est pressée, une de ces dernières portes reçoit le niveau logique 0. Par exemple si, au moment où RB1 (alignement 2*) est au niveau logique 0, le microcontrôleur lit le même niveau logique sur la broche 18 (colonne centrale*) cela signifie que la touche située au croisement de l’alignement 2 et de la colonne 2, c’est-à-dire la touche 5, a été pressée.
La broche 10 commande une diode LED DL1 alors que la broche 2 active le buzzer BZ1 à travers le transistor T1.
RB6 et RB7 s’occupent, quant à eux, de gérer le module émetteur HF U4 : RB6 contrôle la broche d’activation du module hybride.
En effet U4 est normalement en “stand-by” (en attente) et il ne consomme pratiquement aucun courant.
Lorsqu’il doit transmettre des données (passer en émission donc), on impose un niveau logique 1 à la broche 2 et l’oscillateur se met en marche : c’est alors seulement que l’on peut moduler l’entrée DATA IN (broche 4) et que le signal HF est émis par l’antenne.
L’alimentation de l’appareil est confiée à une batterie rechargeable tampon (permettant d’utiliser la télécommande à clavier partout de manière autonome) maintenue chargée par une alimentation externe connectée aux points “VAL” (voir schéma figure 4).
Le pont redresseur permet d’appliquer indifféremment une tension continue de 15 à 18 Vcc ou alternative de 12 à 15 Veff. Dans le premier cas, l’avantage est de pouvoir brancher l’alimentation sans souci de polarité. La tension aux bornes de la batterie (toujours présente, même si on débranche la télécommande à clavier pour l’utiliser sans fil) alimente directement le buzzer BZ1 alors que le régulateur U1 7805 donne le 5 V stabilisé servant à alimenter le microcontrôleur ainsi que le circuit hybride émetteur U4, sauf que ce dernier reçoit en réalité 12 V.
Comment cela se fait-il ? Eh bien c’est facile : la broche 1 de U4 reçoit une tension élevée de 5 à 12 V par le circuit intégré élévateur de tension U3 (MAX662A de MAXIM). Celui-ci emploie le procédé de charge de condensateurs et n’a besoin que de deux condensateurs externes C6 et C7. De plus il présente une particularité notable : quand il est alimenté, il peut rester en attente, sans produire aucun signal en sortie ; il ne commence à donner le 12 V que lorsque sa broche 8 (SHDN) passe au niveau logique 0.
| *Note : Nous appelons “alignement” une ligne de touches du clavier horizontale et “colonne” une ligne de touches du clavier verticale. |
Figure 4 : Schéma électrique de la télécommande à clavier.Les fonctions du clavier
Figure 5 : Les fonctions du clavier.La télécommande à clavier présentée dans cet article fait exécuter à l’unité centrale trois opérations :
- l’acquisition de l’empreinte du doigt appuyé sur le senseur,
- l’effacement d’une empreinte dans la mémoire du système et l’habilitation, c’est-à-dire laisser la voie libre à une personne dont on connaît l’identité,
- le numéro d’identification, quand il n’est pas possible de comparer son empreinte.
La structure des fonctions implique que chacune d’elles soit définie par une touche de fonction, associée à un nombre et validée avec ENTER.
En particulier :
L’acquisition est la phase par laquelle une empreinte relevée par le senseur de l’unité centrale est inscrite dans la mémoire du système.
Pour la mettre en fonction, il faut respecter la séquence, c’est-à-dire appuyer sur la touche F1 (ADD).
Il faut évidemment spécifier le nombre (à 4 chiffres) par lequel identifier l’empreinte.
Cette identification par un nombre sert à accomplir ensuite toute autre opération sur l’empreinte, par exemple son retrait (REMOVE) de la mémoire.
Elle permet aussi d’enregistrer le passage d’une personne reconnue par l’opérateur, lorsque pour une raison quelconque il n’est pas possible de relever son empreinte.
La syntaxe est la suivante :
L’effacement est la fonction qui permet d’effacer l’empreinte indiquée par son numéro à 4 chiffres d’identification.
La fonction REMOVE est associée à la touche F2, alors que le numéro d’ID est celui de la position dans laquelle l’empreinte a été mémorisée.
La syntaxe est la suivante :
Le passage est l’option permettant d’enregistrer le passage d’une personne ou bien de lui laisser la voie libre (PASS) même si le senseur (à cause d’une avarie ou autre) ne reconnaît pas son empreinte et si toutefois, bien sûr, le gardien qui la reconnaît a de bonnes raisons de la laisser passer : dans ce cas l’opérateur n’a qu’à frapper le numéro d’identification utilisé précédemment pour mémoriser l’empreinte de cette personne.
La syntaxe est la suivante :
Les fonctions de contrôle
Examinons maintenant les fonctions accessibles au moyen du clavier.
Après une période d’inactivité (aucune touche pressée), ce sous-ensemble passe au repos : toutes les touches sont alors inactives sauf une, bien sûr.
Pour rendre à nouveau le clavier actif, il faut appuyer sur ENTER (entrée) pendant au moins 3 secondes. Le “réveil” du clavier se manifeste par deux brèves notes aiguës du buzzer.
L’unité est opérationnelle et elle peut à nouveau contrôler à distance la centrale pour effectuer les différentes fonctions.
Respectez bien l’ordre : SHIFT+FONCTION+ID+ENTER qui constitue la syntaxe correcte d’utilisation du clavier (voir figure 5).
Le montage et le réglage
Le montage du circuit est vraiment très simple et il est à la portée de tous.
Procurez-vous ou réalisez d’abord le circuit imprimé par photogravure en photocopiant le dessin à l’échelle 1 de la face cuivrée (figure 8) sur transparent, pour la méthode classique, ou sur PnP-blue (relire ELM 26, page 59 et suivante, l’article intitulé “Comment fabriquer vos circuits imprimés facilement ?”) si vous utilisez cette nouvelle méthode (voir les publicités des annonceurs).
En vous aidant du schéma d’implantation des composants de la figure 6 et de la photo du montage de la figure 7, commencez le montage par l’insertion des composants au profil le plus bas : la diode D1 (en respectant la polarité : bague vers la gauche, soit C1 et C2), les résistances, les deux supports à 18 et 8 broches.
Ensuite insérez et soudez le pont redresseur PT1 (en respectant la polarité : “+” vers BZ1, “–” vers le repère détrompeur de U2), le buzzer BZ1 (le “+” vers le connecteur plug VAL), le quartz Q1 et les condensateurs (en respectant la polarité des électrolytiques C1, C2 et C8).
Le régulateur de tension U1 est monté à plat et fixé au circuit imprimé à l’aide d’un petit boulon M3.
Le module hybride HF AUREL U4 ne peut être inséré dans les trous du circuit imprimé que d’une seule manière (la bonne !) : côté composants tourné vers l’extérieur de la platine (figure 7).
Quand vous souderez les pattes de ce dernier, évitez un échauffement excessif.
La connexion avec le clavier à membrane est dévolue à un connecteur mâle de type “pin-strip” dont les 7 pôles seront soudés près des 3 résistances R7, R8 et R9 (figures 6 et 7).
La prise femelle placée près du pont PT1 accueille la fiche de l’alimentation extérieure.
Pour la batterie, type 6F22 rechargeable, 9 V, soudez les deux fils de la prise de pile aux trous “+” et “–” BAT (rouge au “+” et noir au “–” évidemment !). Voir figures 9 et 6.
Vous pouvez enfin insérer les deux circuits intégrés U2 et U3 dans leurs supports avec leurs repères détrompeurs orientés respectivement vers PT1 et R6, soit pour les deux vers l’intérieur de la platine.
Connectez une batterie rechargeable de 9 V 6F22 sur son clip et une alimentation secteur monobloc (voir photo de première page) sur la prise “VAL”.
Vérifiez que la LED émet bien de brefs éclairs : cela signifie que le microcontrôleur “tourne” correctement.
Maintenez appuyée 3 secondes la touche ENTER (le buzzer fera entendre une brève note).
Frappez une séquence de commande (figure 5) et contrôlez, à l’aide d’un multimètre, que l’élévateur de tension U3 fournit bien le 12 V sur la broche 6.
Figure 6 : Schéma d’implantation des composants de la télécommande à clavier.
Figure 7 : Photo d’un de nos prototypes de télécommande à clavier, platine seule non encore connectée au clavier à membrane.
Figure 8 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé côté cuivre.Liste des composants
R1 = 150 Ω
R2 = 10 kΩ
R3 = 4,7 kΩ
R4 = 470 Ω
R5 = 1 kΩ
R6 = 4,7 kΩ
R7 = 10 kΩ
R8 = 10 kΩ
R9 = 10 kΩ
C1 = 220 μF 25 V électrolytique
C2 = 100 μF 25 V électrolytique
C3 = 100 nF multicouche
C4 = 22 pF céramique
C5 = 22 pF céramique
C6 = 220 nF polyester pas 5 mm
C7 = 220 nF polyester pas 5 mm
C8 = 4,7 μF 16 V électrolytique
U1 = Régulateur 7805
U2 = μContrôleur MF377
U3 = Intégré MAX662
U4 = Module Aurel TXDFM
Q1 = Quartz 4 MHz
T1 = Transistor NPN BC547B
LD1 = LED rouge 5 mm
BZ1 = Buzzer pour ci sans électronique
PT1 = Pont redresseur 1 A
D1 = Diode 1N4002
S1 = Micro-interrupteur pour ci
Divers :
1 Support 2 x 4 broches
1 Support 2 x 9 broches
7 Supports en bande sécable
1 Prise alim. pour ci
1 Boulon 3 MA pour régulateur
1 Boîtier TEKO 880 BSW
1 Prise pile 9 V
1 Clavier à membrane à matrice 12 touches
Figure 9 : Disposition de la platine principale de la télécommande à clavier dans le boîtier plastique TEKO 880 doté d’un emplacement pour la batterie rechargeable 9 V 6F22. La platine est à fixer au fond du boîtier à l’aide de 4 vis auto-taraudeuses.
Figure 10 : La liaison entre le clavier à membrane et la platine principale est dévolue à une nappe de fils. Le boîtier TEKO est déjà pourvu d’une fente pour le passage de la nappe. Il suffit d’ôter la pellicule plastique au dos du clavier et d’appliquer la membrane sur le couvercle du boîtier après avoir enfilé la nappe dans la fente. Soudez les fils rouge “+” et noir “–” de la prise de pile dans les trous “+” et “–” BAT de la platine et clipsez la prise sur la batterie rechargeable. Connectez la nappe à la platine à l’aide du connecteur femelle déjà serti et du connecteur mâle que vous avez soudé sur le circuit imprimé.Deuxième parties : le lecteur d’empreinte digitale et la centrale la connexion à l’ordinateur optionnel
Dans la première partie de ce spécial biométrie nous vous avons présenté
l’ensemble du système d’identification par empreintes digitales, composé
d’une unité centrale avec lecteur (ou senseur) et d’une télécommande radio à
clavier. Celle-ci ayant été dûment décrite, le moment est venu de passer à
l’étude et à la réalisation du “coeur” du système : la centrale et le lecteur.
Nous terminerons par le raccordement à l’ordinateur de gestion sans oublier
que ce dernier n’est pas indispensable au fonctionnement du système mais qu’il
apporte un “plus”.
Il s’agit d’un contrôle d’accès, un système en mesure d’activer un relais
lorsque l’empreinte du doigt placé sur le scanner (lecteur ou senseur)
coïncide avec une des 640 (maximum) empreintes mémorisées.
Le système fonctionne de manière autonome, sans qu’il soit indispensable
de le relier à un ordinateur. Il est de plus extrêmement fiable :
le scanner Polaroïd et le module de gestion de l’algorithme biométrique sont
les plus innovants et les plus sûrs du marché.La première caractéristique est
de satisfaire aux normes les plus sévères concernant la confidentialité :
en effet les données sont mémorisées en mode crypté et elles ne peuvent
pas être prélevées de manière indélicate dans la mémoire du module.
La seconde caractéristique intéresse surtout la sécurité :
il est impossible d’induire l’appareil en erreur en récupérant
une empreinte sur une feuille par photocopie ou même en la contrefaisant
avec du latex.Par contre, et cela est incroyable
(mais vrai !), si une personne a une petite entaille au doigt ou si elle
le place partiellement ou de travers sur le scanner, le module fonctionne
normalement et reconnaît l’empreinte. Bien sûr cela ne marche pas avec un
pansement de type “poupée” ou avec des moufles !Il est conseillé cependant
de mémoriser, pour chaque usager autorisé, l’empreinte de deux doigts :
l’index de la main droite et celui de la gauche. Cela réduira à 320 le nombre
de personnes pouvant être reconnues mais ce devrait être suffisant pour
les particuliers et les PME PMI !Le système ne devient réellement économiquement
rentable que lorsqu’il faut gérer un accès contrôlé de nombreuses personnes
(plus de cent).Néanmoins, la rentabilité n’est plus un critère lorsqu’il s’agit
de sécurité ou de pratique. A ce propos, on notera un avantage qui n’est
pas négligeable : avec ce système, il n’est plus nécessaire
d’avoir sur soi clé, badge, transpondeur ou autre carte à puce
pour entrer dans le local contrôlé.L’interface utilisateur a été
volontairement simplifiée au maximum : deux LED ou une LED bicolore.
Même les procédures de mémorisation et de retrait d’une empreinte sont
extrêmement simples. La seule fonction un peu délicate à effectuer
est sans doute l’ID, c’est-à-dire le numéro associé à chaque empreinte.
C’est un nombre compris entre 0000 et 0640, attribué selon l’ordre
arithmétique de la mémorisation : par exemple, la 326e personne
dont on aura mémorisé l’empreinte aura son empreinte identifiée sous
le numéro 0326 et ce, nous l’avons dit, de manière cryptée à 400 bytes.
La mémorisation d’une nouvelle empreinte peut aussi être manuelle :
c’est alors par le clavier de la commande à distance que l’opérateur
attribue un numéro d’ID à l’empreinte (à la personne).
Bien sûr, ce numéro ne doit pas avoir été déjà utilisé pour une autre empreinte
(d’une autre personne) et c’est pourquoi il faut noter les ID déjà attribuées.
Le retrait d’une empreinte consiste à ordonner au système d’effacer les données
(empreintes) mémorisées sous tel numéro d’ID. C’est pourquoi le gestionnaire
de l’accès contrôlé devra, d’une manière ou d’une autre, noter les correspondances
entre numéro d’ID et usager.Nous l’avons dit, le système est autonome
et fonctionne selon les modalités que nous venons d’expliquer sans aucun
appareil externe.Il convient néanmoins de savoir qu’il comporte une
ligne sérielle RS232 produisant un flux de données contenant l’ID d’une
empreinte dûment vérifiée.On peut ainsi recourir à un ordinateur,
en le reliant à la ligne sérielle de la centrale, si toutefois on désire
visualiser sur un écran le passage des personnes ou bien enregistrer
sur un fichier les divers accès au local contrôlé :
on peut alors associer à l’ID de l’empreinte le jour,
la date et l’heure de ces accès.
Figure 1 : La télécommande à clavier (décrite dans la première partie)
permettant de commander à distance les différentes fonctions
de la centrale de contrôle d’accès biométrique.
Figure 2 : Organigrammes du programme de gestion MF376
et des différentes “routines”* auxquelles il donne accès
Figure 2a : Organigramme du programme du MF376.
Comme on peut le voir, après la première mise
en marche, le microcontrôleur teste à la suite les entrées
“TEST”, “CONFIG”, “PROX PLATE” ainsi que la présence d’une porteuse radio.Figure 2b.
Figure 2c.
Figure 2d.
Figure 2e.Lorsqu’il trouve une de ses entrées active, il agit en conséquence.
Si l’on active le capteur de proximité, c’est la routine “VERIFY”
(organigramme de la figure 2b) qui est déclenchée.
Elle active un balayage du scanner et vérifie que l’empreinte acquise
coïncide avec l’une de celles mémorisées.
A la fin de la comparaison, les relais concernés sont actionnés et un flux
contenant les données d’ID de l’empreinte acquise ou bien une ID 9999,
si l’empreinte acquise n’a pas sa correspondance en mémoire, se produit.
Dans la moitié droite de la figure ont été reportés
les organigrammes des trois routines principales
que l’on peut appeler au moyen de la télécommande à clavier (figure 1).
La routine “ADD” (figure 2c) permet de mémoriser une nouvelle empreinte.
La routine “DEL” (figure 2d) permet de retirer une empreinte de le mémoire.
La routine “PASS” (figure 2e) permet de simuler
la reconnaissance d’une empreinte et de laisser la voie libre à la personne
(voir explications dans la première partie).
| *Note : “Routine” est un mot anglais qui signifie la même chose qu’en français. Sauf en électronique où il signifie “déroulement d’une procédure automatique mémorisée”. |
Figure 3 : Prestations du système de contrôle d’accès biométrique
C’est un système autonome d’analyse biométrique destiné aux applications de contrôle d’accès.
Il est constitué de deux unités distinctes : un clavier radio permettant une commande à distance et l’unité de base autonome mémorisant et comparant les empreintes.
Un ordinateur avec un programme spécialisé peut lui être adjoint pour obtenir des fonctions supplémentaires.
La télécommande à clavier (figure 1)
Elle permet d’envoyer trois commandes distinctes (mémorisation de l’empreinte, retrait de l’empreinte, comparaison virtuelle de l’empreinte associées au numéro d’ID identification).
Alimentation : 12 Vcc
Batterie rechargeable en tampon : 9 V type 6F22
L’unité de base (figure 8)
Capacité de 640 empreintes,
Temps de vérification < 1 seconde,
Section radio-réceptrice à quartz à 433,92 MHz,
Interface usager par deux LED Entrée pour “TAMPER” externe Entrée pour configuration du senseur Reconnaissance de la présence du doigt au moyen du détecteur de proximité,
Sortie relais pour reconnaissance vérifiée (TRUE)
Sortie relais pour reconnaissance non vérifiée (FALSE)
Ligne sérielle RS232
Alimentation : 12 Vcc
Courant maximum : 500 mA.
Le schéma électrique de la centrale de contrôle
Avant d’entrer dans le vif du schéma électrique, voyons quelques particularités de la platine. La détection de la présence du doigt est confiée à un circuit intégré spécifique permettant de transformer un morceau de métal en un senseur de proximité : par exemple une plaque de métal sur le sol ou près du scanner ou le boîtier métallique de ce dernier, etc. Les sorties disponibles sont constituées par deux relais. En cas de reconnaissance correcte, le relais “TRUE” s’active pour 1 à 10 secondes en fonction du réglage du trimmer R19 (schéma, figure 4, au centre). Si la reconnaissance n’a pas lieu, c’est le relais “FALSE” qui s’active pour 3 secondes. Le contact “TAMPER” permet, s’il est ouvert, de bloquer tout le système.
Le circuit est fondé sur le microcontrôleur référencé MF376, programmé en usine, en interface avec le récepteur radio FM pour données numériques (U6, module hybride AUREL monté verticalement sur la platine principale, voir figure 8), deux relais pour la commande des utilisateurs, un buzzer, un double convertisseur TTL/RS232-C bidirectionnel et un détecteur de proximité.
Nous l’avons dit, les identifications des empreintes sont des ID à quatre chiffres.
Les données sont lues, inscrites et effacées dans la mémoire Flash du module FINGERPRINT où elles résident… et non pas dans le microcontrôleur.
Chaque opération menée à bien se conclut par l’activation du relais 1 et la production par le microcontrôleur d’un flux de données sérielles sur la ligne (RB3) correspondant à sa broche 24. Le flux de données contient des informations sur le numéro d’ID de l’empreinte reconnue ou bien sur l’ID introduite en cas de procédure de passage sans reconnaissance d’empreinte (voir première partie). Pour être tout à fait exact, le format est le suivant : un premier byte de démarrage (HEADER) plus un second byte avec le numéro de l’unité dont il provient, 4 bytes contenant les chiffres de l’ID de l’empreinte et un septième byte contenant la “checksum” trouvée dans les six premiers.
A propos du second byte, ouvrons une parenthèse : la possibilité nous est offerte de discriminer jusqu’à quatre unités d’identification afin de pouvoir, avec un seul ordinateur, gérer plusieurs points d’accès. Dans le cas où l’on voudrait installer plusieurs unités de base, il va sans dire que les messages des diverses provenances doivent demeurer distincts et c’est pourquoi le flux émis par chaque centrale vers l’ordinateur contient son propre numéro d’unité (sa “signature”).
Ce numéro signant la centrale, c’est-à-dire l’accès, est codifié à l’aide des micro-interrupteurs DS1 (CODE) : on peut choisir quatre combinaisons maximum, donnant quatre codes adressables avec les autres informations.
Revenons au circuit (figure 4).
Nous voyons que l’interface sérielle RS232-C est double : tout tient dans un circuit intégré MAX232 gérant deux drivers et deux récepteurs (la section de conversion TTL/RS232-C est alimentée par les convertisseurs continu/continu internes avec l’aide des condensateurs C9, C11, C12 et C13) utilisés d’une part pour faire dialoguer le microcontrôleur et l’ordinateur et, d’autre part, pour gérer le senseur d’empreinte.
Il est intéressant de noter que la section TX/RX destinée à l’ordinateur n’est utilisée en mode bidirectionnel que dans la modalité “CONFIG”, alors qu’en usage normal seul l’envoi de flux d’informations vers l’ordinateur est prévu.
Figure 4 : Schéma électrique de la centrale de contrôle d’accès biométrique.Le lecteur optique (Optical Reader)
Figure 5 : Le lecteur optique (Optical Reader).Scanner optique Polaroïd pour l’acquisition des empreintes digitales.
Résolution : 450 dpi
Aire de balayage : 13 x 16 mm
Dimensions : 21 x 31 x 59 mm
Poids : 28 g
Température de fonctionnement : –40 à +60 °C
Source lumineuse : rouge
Alimentation : 5 Vcc ± 10 %
Courant maximum : 110 mA
La carte de traitement (Processing Board)
Figure 6 : La carte de traitement (Processing Board).Unité d’élaboration des empreintes digitales. L’algorithme de comparaison est associé à une CPU RISC à 32 bits (INTEL StrongARM) alors que la mémorisation des empreintes est confiée à deux mémoires Flash V2540.
Temps de vérification : < 1 seconde
Capacité : 640 empreintes
Dimensions : 43 x 93 x 1,6 mm
Température de fonctionnement : –40 à +60 °C
Alimentation : 5 V ± 10 %
Courant maximum : 330 mA
Test de vibrations : 3,2 G RMS.
Le senseur ou lecteur d’empreinte
Avant d’étudier le reste de la centrale, arrêtons-nous quelques instants sur le senseur utilisé pour lire les empreintes digitales.
C’est un produit de haute fiabilité utilisant la technique optique et disposant d’un petit scanner à LED capable d’analyser et de faire échantillonner par le reste du matériel, des images extrêmement précises.
L’algorithme compense les diverses imprécisions dues au fait qu’une personne ne place pas toujours son doigt de manière absolument identique à celle de la mémorisation initiale. On considère en outre que les dimensions réduites de la fenêtre du scanner ne permettent pas de contenir la totalité de l’empreinte mais seulement une partie. Donc, quand on doit comparer l’image acquise actuellement avec celle déjà mémorisée, le programme de gestion utilise la correspondance d’un certain nombre de points. Le système optique Polaroïd permet aussi d’ignorer les effets d’une faible quantité de salissure due au sébum de la pulpe du doigt sur la vitre du scanneur. Les divers encadrés de cet article donnent les principales caractéristiques du lecteur optique ainsi que du module FINGERPRINT.
Figure 7 : Schéma d’implantation des composants de la centrale d’accès biométrique.
Figure 8 : Photo de l’un des prototypes de la platine de l’unité de base complète.Il est important de monter en premier les composants (module exclu) de la platine de base, de l’alimenter et de vérifier avec un multimètre les tensions d’alimentation.
Ensuite, insérez les circuits intégrés dans leurs supports en respectant l’orientation de leurs repère-détrompeurs et connectez une prise mâle aux points “+” et “– Vaux” en contrôlant avec le multimètre que le +5 V est au centre de la prise et la masse sur le côté. Enfin, montez le module et alimentez-le.
Figure 9 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de la centrale de contrôle d’accès biométrique.Liste des composants
R1 = 10 kΩ
R2 = 4,7 kΩ
R3 = 470 Ω
R4 à R6 = 10 kΩ
R7 = 1 MΩ
R8 = 10 kΩ
R9-R10 = 470 Ω
R11-R12 = 4,7 kΩ
R13 = 47 kΩ
R14 = 10 kΩ
R15 = 4,7 kΩ
R16 = 47 kΩ
R17 = 10 kΩ
R18 = 10 kΩ trimmer multitour
R19 = 4,7 kΩ trimmer
R20-R21 = 10 kΩ
C1 = 470 μF 35 électrolytique
C2 = 220 μF 25 V électrolytique
C3 = 100 nF multicouche
C4 = 220 μF 25 V électrolytique
C5 = 100 nF multicouche
C6 = 10 nF polyester
C7-C8 = 22 pF céramique
C9 = 10 μF 63 V électrolytique
C10 = 100 nF multicouche
C11 à C13 = 10 μF 63 V électrolytique
C14 = 100 nF polyester
C15-C16 = 100 μF 25 V électrolytique
C17-C18 = 100 nF multicouche
U1-U2 = Régulateur 7805
U3 = Intégré QT110
U4 = μContrôleur MF376
U5 = Intégré MAX232
U6 = Module AUREL RXDFM
D1 = Diode 1N5408
D2-D3 = Diode 1N4007
T1à T3 = NPN BC547
LD1 = LED verte
LD2 = LED jaune
LD3-LD4 = LED rouges
Q1 = Quartz 20 MHz
BZ1 = Buzzer sans électronique
RL1-RL2 = relais min. 12 V 1 RT pour ci
DS1 = Dip-switch 2 micro-inter.
Divers :
1 Module FINGERPRINT
1 Support 2 x 4 broches
1 Support 2 x 8 broches
1 Support 2 x 14 broches
6 Borniers 2 pôles
3 Borniers 23 pôles
1 Connecteur DB9 femelle
1 Radiateur ML26
1 Radiateur ML33
2 Isolants silicone TO220
2 Boulons 3MA x 15
4 Entretoises nylon hexag. 8 mm
4 Ecrous nylon
4 Entretoises adhésives nylon 10 mm
2 Broches en bande sécable
1 Coupe 17 cm fil cuivre émaillé 12/10
Figure 10 : Récapitulation du fonctionnement
Première mise en marche
Le buzzer émet un bip pendant 2 secondes et en même temps les LED rouge, verte et jaune s’allument alors qu’un balayage a lieu (le scanner lit l’empreinte). Si l’entrée “TAMPER” est ouverte, le système est bloqué et la LED rouge est allumée. Si l’entrée “TAMPER” est fermée, le système est opérationnel et les LED rouge et verte sont éteintes.
Fonctionnement normal
Si l’on approche le doigt du détecteur de proximité, un balayage a lieu. Si l’empreinte coïncide avec une empreinte disponible en mémoire, le système émet un bip, la LED verte s’allume, le relais “TRUE” est activé pendant 1 ÷ 10 secondes (selon le réglage du trimmer R19) et un flux de données sérielles contenant l’ID de l’empreinte est émis. Si l’empreinte n’est pas disponible en mémoire, le système n’émet aucun signal acoustique, la LED rouge s’allume, le relais “FALSE” est activé pour 3 secondes et un flux de données sérielles avec un ID à 9999 est émis.
Mémorisation d’une empreinte
Activez la télécommande à clavier en appuyant sur la touche “ENTER” pendant 3 secondes : un bip long est émis. Appuyez sur “SHIFT” puis sur “F1” puis sur l’ID que l’on veut attribuer à l’empreinte (de 0001 à 0640) puis sur “ENTER”. L’unité de base allume la LED verte.
Un bip est émis et le premier balayage commence : placez le doigt dans la fenêtre jusqu’à ce qu’un bip se fasse entendre puis retirez le doigt. Après 3 secondes environ un bip est émis et le balayage commence : placez le doigt jusqu’à ce qu’un bip se fasse entendre puis retirez le doigt.
La section radio
Figure 11 : La section radio.La partie HF de l’unité de base tient toute dans un récepteur hybride AUREL conçu pour recevoir des porteuses à 433,92 MHz modulées en fréquence (FM) par des signaux numériques. Ce composant est très fiable et permet de recevoir des impulsions démodulées nettes et propres, pratiquement sans parasites. Ce module AUREL RXDFM3V3, fonctionnant sous 3,3 V, reçoit des signaux carrés à la fréquence de 10 kHz avec une vitesse de 19 200 bits/seconde. Il est très sensible (–100 dBm) et sélectif car c’est un super-hétérodyne : c’est pourquoi son taux d’émissions harmoniques est également très faible ; cela lui a valu une homologation sous la norme CE ETS 300 220. L’entrée HF est sur la broche 1 alors que les données sont prélevées sur la broche 18 (sortie du démodulateur FM/signaux carrés). Il dispose d’un squelch efficace permettant de bloquer la démodulation si le niveau du signal reçu ne dépasse pas un certain seuil (réglable par le trimmer R18 relié à la broche 8 et à la masse : voir schéma figure 4).
Le module FINGERPRINT
Figure 12 : Le module FINGERPRINT.Ce module est relié à la platine principale de l’unité de base à l’aide de trois fils :
JP2/14 à la borne TX
JP2/13 à la borne RX
JP2/10 à la borne GND.
Figure 13 : Le détecteur de proximité
Pour détecter la présence d’un doigt sur la vitre du scanner, nous avons muni le circuit d’un détecteur de proximité novateur basé sur le circuit intégré QUANTUM QT110. Ce circuit intégré contient une interface à transfert de charge électrique et un discriminateur capable de vérifier que la même charge est prélevée. L’étage d’entrée fonctionne en mode bidirectionnel et, initialement, il applique un potentiel à l’électrode connectée à la broche 7. Une fois apprêtée la partie réceptrice, il attend que la charge électrique déposée sur l’électrode soit prélevée. Bien sûr, cela ne se produira que si une personne relie, directement ou par un diélectrique, la broche 7 à la terre. L’intérêt du QT110 est qu’il se recalibre automatiquement en fonction de ce qui est connecté comme électrode à la borne “PROX PLATE”, plaque, fil, anneau, etc. Pour plus de détails sur le fonctionnement du détecteur de proximité, relire ELM 28, page 54 et suivantes.
La réalisation pratique
Arrivés à ce point, nous pouvons évoquer quelques détails de construction utiles pour réaliser correctement l’unité centrale. Il faudra, comme à l’habitude, vous procurer ou réaliser le circuit imprimé de la figure 9. Les méthodes habituelles de montage valent ici encore, à savoir : monter les composants par ordre de hauteur croissante, respecter orientation et polarité des semi-conducteurs et des condensateurs électrolytiques, etc. Pour cela, vous utiliserez avec profit les figures 7 et 8. Quant au module hybride HF, on ne peut enfiler ses pattes dans les trous du circuit imprimé principal que dans la bonne position. Même remarque pour les relais. Pour permettre les connexions d’alimentation, des sorties des relais et du senseur, il faut monter des borniers au pas de 5 mm, pour circuit imprimé.
Pour le câblage de l’interface sérielle avec l’ordinateur optionnel, nous vous conseillons de choisir un connecteur DB9 mâle afin de pouvoir ensuite utiliser un câble prolongateur série comme ceux permettant la liaison avec un modem série.
Un soin tout particulier doit être apporté à l’assemblage du senseur et du détecteur de proximité (PROX PLATE). L’électrode de ce dernier doit être placée dans l’immédiat voisinage du senseur car son rôle est de détecter la présence de la personne s’apprêtant à placer son doigt sur la vitre du scanner.
Donc, l’électrode peut être constituée par un simple conducteur, par exemple une plaque de cuivre ou de fer que l’on repliera en anneau en lui donnant le format de la fenêtre du senseur dans laquelle on le fixera. Pour éviter le contact direct, on peut le recouvrir d’une fine pellicule plastique qui ne devra pas cependant recouvrir la vitre du scanner. Il existe bien une autre solution consistant à fixer sur le sol, devant le senseur, une plaque métallique mais, ne serait-ce que pour des raisons de connexion électrique déportée, elle est plus complexe, sans présenter pour autant un avantage décisif.
Dans tous les cas, l’électrode doit être isolée de la terre par du bois, du plastique, du caoutchouc, etc., sinon le fonctionnement sera perturbé et la sensibilité réduite. N’oubliez pas de connecter cette électrode au point PROX PLATE du circuit imprimé à l’aide d’un morceau de fil de cuivre gainé.
Si vous voulez en savoir plus sur la détection de proximité, nous vous conseillons de relire l’article “Un interrupteur commandé par détecteur de proximité” dans ELM 28, page 54 et suivantes.
Figure 14.Notre système de contrôle d’accès biométrique est conçu pour fonctionner de manière autonome, sans être relié à un ordinateur. Ce dernier devient pourtant nécessaire dans deux cas : lorsqu’on désire avoir un registre informatique (login) des accès et lorsqu’on veut modifier les paramètres d’acquisition du lecteur biométrique. A propos de cette dernière caractéristique, il faut préciser que la configuration initiale est déjà réglée en usine pour obtenir le maximum de prestations et pour satisfaire à toutes les applications.
Dans tous les cas, cette configuration peut être modifiée en installant et lançant sur un PC, doté d’une quelconque version de WINDOWS, le logiciel “FDA01 Config”.
Il faut relier le PC à notre unité centrale de contrôle d’accès et relier à la masse son entrée “Config” (borne CNF) : la LED jaune doit s’allumer. Le logiciel est livré avec le senseur.
La photo montre l’écran d’accueil de FINGERPRINT CONFIGURATION où il est possible de personnaliser les paramètres de balayage, contraste, luminosité, etc. En particulier, “GAIN” permet de régler la définition, le contraste de l’image, “BRIGHTNESS” la luminosité, “SECURITY LEVEL” l’exigence ou la tolérance de la vérification.
Figure 15 : A la fin d’une opération de vérification, l’unité de base envoie un flux de données sérielles contenant l’ID de l’empreinte et le numéro de l’unité (attribué grâce aux micro-interrupteurs DS1). Le flux est composé de 7 bytes, respectivement : HEADER (coïncide avec le numéro 170), numéro d’unité (1 à 4), ID1, ID2, ID3, ID4, CHECKSUM. Le programme en Basic, reporté dans cette figure, permet de visualiser sur l’écran du PC ces paramètres.REM File MF376.BAS Date: 26 mars 2001
REM Demo Version for Biometric Reader
REM (C) 2001 ELM
OPEN “COM1: 9600,N,8,1,ASC,CS0,DS0” FOR RANDOM AS #1
REM Formatage données -> Header, numéro unité, ID1, ID2, ID3, ID4, CHKCSK <-
LABEL1:
C$ = INPUT$(1, #1)
IF ASC(C$) <> 170 THEN
GOTO LABEL1
END IF
CLS
LOCATE 6, 15: PRINT “Waiting for fingerprint…”
R$ = INPUT$(1, #1)
LOCATE 8, 15: PRINT “Access to remote n.”; ASC(R$)
LOCATE 9, 15: PRINT “Date: “; DATE$
LOCATE 10, 15: PRINT “Time: “; TIME$
A$ = INPUT$(1, #1)
B$ = INPUT$(1, #1)
C$ = INPUT$(1, #1)
D$ = INPUT$(1, #1)
LOCATE 11, 15: PRINT “Person ID n.”; ASC(A$); ASC(B$); ASC(C$); ASC(D$)
C$ = INPUT$(1, #1)
LOCATE 12, 15: PRINT “CHKSUM = “; ASC(C$)
GOTO LABEL1
CLOSE #1
END
La liaison à l’ordinateur
Une fois le câblage terminé et l’unité centrale alimentée (par une alimentation secteur 12 Vcc, 600 mA – 330 mA pour la platine et 110 mA pour le scanner à LED), on peut effectuer le débogage initial de la platine à l’aide d’un PC. Pour cela, il suffit de relier l’unité centrale à l’ordinateur, de connecter l’entrée “CONFIG” à la masse et de lancer le programme sur l’ordinateur.
Tout d’abord, choisissez le port sériel utilisé et paramétrez la vitesse de commutation à 9 600 bauds.
Après avoir confirmé, on accède à l’écran principal présentant les commandes d’utilisation normale et le menu de configuration décrit figure 15.
Le logiciel est toutefois très intuitif à utiliser et il comprend un HELP (aide) expliquant clairement les diverses commandes.
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